GB/TXXXXX—XXXX/ISO海上風能結構的陰極保護本文件規定了海上風電場結構外部和內部陰極保護的要求。適用于與海水或海底環境接觸的結構及附屬物。本文件涉及：——新型鋼結構陰極保護系統的設計和實施；——評估現有陰極保護系統的剩余壽命；——設計和實施改造陰極保護系統，以提高保護水平或延長保護壽命；——對現有結構上安裝的陰極保護系統進行檢查和性能監測；——鋼筋混凝土結構的陰極保護指南。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4208外殼防護等級（IP代碼GB/T4208—2017，IEC60529:2013，IDT）GB/T8923.1涂覆涂料前鋼材表面處理表面清潔度的目視評定第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級（GB/T8923.1—2011，ISO8501-1:2007，IDT）GB/T27025檢測和校準實驗室能力的通用要求（GB/T27025—2019，ISO/IEC17025:2017，IDT）GB/T31316海水陰極保護總則（GB/T31316—2014，ISO12473:2006，IDT）GB/T33629風力發電機組雷電保護（GB/T33629—2017，IEC61400-24:2010，IDT）GB/T39154金屬和合金的腐蝕混凝土用鋼筋的陰極保護（GB/T39154—2020，ISO12696:2016，IDT）IEC61000-1-2電磁兼容性（EMC）第1-2部分：總則實現電氣和電子系統（包括與電磁現象有關的設備）功能安全的方法（Electromagneticcompatibility(EMC)—Part1-2:General—Methodologyfortheachievementoffunctionalsafetyofelectricalandelectronicsystemsincludingequipmentwithregardtoelectromagneticphenomena）EN12496用于海水和鹽漬泥土中陰極保護的犧牲陽極（Galvanicanodesforcathodicprotectioninseawaterandsalinemud）EN60529外殼防護等級（IP代碼Degreesofprotectionprovidedbyenclosures(IPCode)）3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。GB/TXXXXX—XXXX/ISO3.1大氣區atmosphericzone區域位于飛濺區上方。3.2海泥區buriedzone位于海底或預期沖刷水位以下的區域，以較低者為準。3.3陰極保護設計壽命CPdesignlife陰極保護設計用于保護結構的時間。3.4加強板doublerplate焊接在構件上的鋼板，用于局部加固或隔離下一步的焊接工作。3.5電解質electrolyte電流通過離子傳輸的介質，在本文件中指海水或海泥。3.6常濕區frequentlywettedzoneFWZ水位，WL(t)，加上有效波高，Hmo3.7干舷高度freeboardlevel浮動結構的水位3.8最高天文潮highestastronomicaltideGB/TXXXXX—XXXX/ISOHAT最高天文潮位3.9聯合陰極保護系統hybridcathodicprotectionsystem外加電流和犧牲陽極組成的系統。3.10檢查inspection檢查設備以確定其持續運行性能，無論是定期還是簡單操作進行。3.11IR誤差IRerror由保護電流或流經電阻環境的其他電流引起鋼的電位測量誤差。3.12導管架結構jacketstructure多腿網格支撐結構3.13J型管J-tube設計并安裝在結構上的彎管導管，用于支撐和引導電纜。3.14最低天文潮lowestastronomicaltide最低天文潮位3.15海洋沉積物marinesediments由各種密度的水飽和固體物質組成的海底頂層3.16海洋氣象數據metoceandataGB/TXXXXX—XXXX/ISO氣象和海洋數據，通常按小時統計3.17監測monitoring在固定地點連續或間斷監測，以確定陰極保護系統的性能及相關參數。3.18單樁monopile打入或鉆入海床以支撐過渡件或塔筒的基礎元件。3.19過度極化over-polarization結構電位比陰極保護所需的電位更負的現象。3.20業主owner結構所有者、開發商或運營商，所有或任何一方可能對與腐蝕防護相關的事宜負有責任。3.21一級鋼primarysteel主要承載元件（單樁、導管架、船體和其他鋼結構）。3.22復極化re-polarization鋼去極化后再次發生極化的現象。3.23陰極保護改造retrofitcathodicprotection向現有結構增加完整或部分陰極保護系統設備，用來修復系統性能缺陷或延長系統使用壽命。3.24含鹽度salinity溶解在海水中的無機鹽的量。3.32GB/TXXXXX—XXXX/ISO3.25沖刷scour由海流、波浪或破壞海底結構因素引起的海底土壤的自然流動狀態。3.26海底seabed海水與海泥區（3.2）固體之間的界面，包括海洋沉積物（3.15）。3.27二級鋼secondarysteel非一級鋼材，一般用于通道（船平臺、梯子、甲板和設備支架）。3.28淺水區shallowwater表面波動明顯受底部地形影響的水深。3.29有效波高significantwaveheightHmo開放海域第三大波浪的平均水位。3.30浪濺區splashzone由于波浪和潮汐變化而經常受潮的支撐結構的外部區域。IEC61400-3-1[13]中給出了更詳細的浪濺區定義。在本文件中，常濕區應包含陰極保護需求的上限。3.31結構使用壽命structureservicelife風電場結構的預期壽命。GB/TXXXXX—XXXX/ISO吸力筒suctionbucket吸入海底的基礎元件。3.33檢查surveying使用規定的程序進行檢查的過程。注：在本文件中，檢查還用于描述陰極保護測量的過程，不使用固定和數據記錄的傳3.34潮汐帶tidalzone位于LAT和HAT之間的區域。3.35過渡件transitionpiece單樁和塔筒之間的中間結構。3.36波峰和波谷wavecrestandtrough由于波浪作用，靜水位以上的海水高度和以下的海水深度。a）潮汐b）潮汐+風暴潮=靜水位c）疊加在水位上的波浪剖面圖1水深、潮汐和風暴潮，見ISO19901-1[10]）；GB/TXXXXX—XXXX/ISO）；）；海底——潮汐水位——涌浪或涌浪+水位4符號和縮寫4.1符號A面積，m2C陽極橫截面周長，mc涂層老化，%ΔU驅動電位，Vfc涂層破壞系數I電流，AI陽極(初期)單支陽極初期發生電流，AI陽極(末期)單支陽極末期發生電流，AI最大陰極保護區域的最大保護電流需求，AI總(初期)結構初期所需的總電流，AI總(末期)結構末期所需的總電流，AJ電流密度，A/m2L陽極體長度，mL初期陽極初期長度，mL末期陽極末期（或壽命結束）長度，mGB/TXXXXX—XXXX/ISON陽極數量Q考慮環境因素的陽極合金實際電化學容量，Ah/kg電解質的電阻率，Ω·m。在本文件中，可以是電解質（海洋或ρ或導體材料的電阻率Ra陽極對遠端接地電阻，Ω。在本文件中，遠端位于海水或海底r陽極半徑，米R回路電阻，ΩS陽極長度和寬度的算術平均值，mT溫度，°CT陽極陽極的有效壽命，年T設計所需設計壽命，年U流速（米/秒）u陰極保護設計計算的利用系數V初期陽極合金初期凈體積（不含鐵芯），m3V鐵芯陽極體內鐵芯的體積，m3V末期陽極合金的末期（或壽命結束）凈體積，m3V總陽極體的總體積，包括陽極體內的鐵芯部分，m3m陽極單支犧牲陽極的凈質量，kgm總犧牲陽極的最小總凈質量，kg4.2縮寫ABS海底以下區域AC交流電BEM邊界元法CA腐蝕裕量CP陰極保護CPdesignlife陰極保護設計壽命GB/TXXXXX—XXXX/ISOCPS電纜保護系統CSPE氯磺化聚乙烯；縮寫為CSPDC直流電DO溶解氧EMF電動勢EPR乙丙橡膠FAT工廠驗收測試FBL干舷高度FEM有限元法FWZ常濕區GACP犧牲陽極陰極保護HAT最高天文潮位HDPE高密度聚乙烯HMMPE高分子量聚乙烯HSC氫致應力開裂ICCP外加電流陰極保護IEC國際電工委員會IMCA國際海事承包商協會IP防護等級ISO國際標準化組織ITP檢驗和測試計劃LAT最低天文潮位MIC微生物影響的腐蝕MMO混合金屬氧化物MP單樁MSL平均海平面GB/TXXXXX—XXXX/ISOMTL平均潮位MWL平均水位MDFT最小干膜厚度NACE美國腐蝕工程師協會NDFT額定干膜厚度PTFE聚四氟乙烯PVDF聚偏氟乙烯PVC聚氯乙烯RCD剩余電流保護器RMS均方根ROV遙控潛水器S-N應力與循環次數SMS額定最小屈服強度TP過渡件TR變壓整流器WTG風力發電機XLPE交聯聚乙烯5人員能力從事陰極保護系統的設計（陰極保護設計人員）、安裝監督、調試、運行監督、檢查、測量、監測和維護監督的人員應具有相應的能力水平，以完成所承擔的任務。應獨立評估和記錄這種能力。陰極保護設計人員根據結構類型、暴露情況和海洋氣象數據，能夠評估和確定陰極保護的設計參數（如鋼的保護電流密度、陽極電位和陽極電化學容量）。ISO15257[7]定義了一種可用于評估和認證陰極保護人員能力的方法。陰極保護人員勝任所承擔任務的能力應通過ISO15257[7]或其他等效資格預審程序的認證來證明。6結構形式6.1被保護的結構基礎結構設計用于支撐塔筒、含有風力發電機的機艙和風機葉片。結構受到疲勞載荷的影響，在許多情況下是設計的驅動因素。GB/TXXXXX—XXXX/ISO本文件也適用于海上風力發電相關的其他基礎的陰極保護，例如升壓站和氣象桅桿基礎。海上風力發電機基礎結構可以包括各種主要鋼結構，例如打入海底的大管徑單樁基礎、固定到海底的網格結構、漂浮式結構和混凝土重力結構。注：術語“導管架”通常用于描述由橫梁加固的管狀腿組成的格子式結構。由于該結構使用封閉導管，所以稱導管架，也是海上石油和天然氣工業中使用的術語。本文件規定了與海水、海底或沉積物接觸的海上風電結構的外表面和內表面的陰極保護要求。涉及以下結構：——單樁和過渡件基礎——單桶基礎，——帶有打入樁或吸力桶的導管架結構——漂浮式結構——重力式鋼筋混凝土結構——與海上風力發電相關的其他基礎本文件介紹了上述結構類型的具體特征。性能要求適用于所有與風力發電相關的海上結構。常見的各種類型的基礎結構及其腐蝕策略如圖2、圖3、圖4和圖5所示。單樁結構（圖2）是海上風力發電機最常見的基礎結構類型之一，具有獨特的特點，需要特別考慮。將單個大管徑鋼樁（單樁）打入海底指定深度，頂部通常高于平局海平面（MSL）。風力發電機塔筒安裝在稱為過渡件（TP）的中間結構上或直接安裝在單樁（MP）上。過渡件安裝在單樁上，延伸到一定深度，在重疊處密封，并用水泥砂漿灌漿。或者過渡件配套底部法蘭，通過單樁頂部法蘭使用螺栓固定在一起。過渡件伸出水面，不在陰極保護區域的范圍內時通常進行涂覆，因此涂層和腐蝕裕量一起構成了腐蝕防護策略。一般來說，基礎運行所需的設施都預先安裝在過渡件或導管架上，包括靠船平臺和梯子、注漿系統、船舷等。導管架基礎與許多海上鋼平臺類似，本文件和EN12495[18]對陰極保護的規定進行了說明。漂浮式結構，如圖4所示，顧名思義就是浮動的結構。他們使用鏈條或系繩將結構固定在海底錨上。基于重力的混凝土結構，如圖5所示，放置在海底，如果滿足以下條件，通常不需要陰極保護： 根據EN206[14]以及相關暴露等級的規范性附錄設計； 根據EN1992-1-1[15]設計和建造； 根據EN13670[20]并結合規范性附錄生產。本文件提供了在混凝土結構中進行陰極保護的指南，如果觀察到過早惡化的情況或存在不可接受的腐蝕風險。本文件還闡述了連接到未包裹在混凝土中的鋼構件對陰極保護的需求，例如鋼筋混凝土重力基礎的鋼單樁。GB/TXXXXX—XXXX/ISO打入、鉆孔或吸入海底的結構元件，如鋼樁或吸力桶，通常在安裝過程中不安裝陽極或其他附件，主要為了防止其位于海底平面以下。6.2材料海上風電結構主要由裸碳錳鋼或涂層碳錳鋼建造，其規定的最低屈服強度（SMYS）不超過550MPa。結構的某些部分可以由碳錳鋼以外的金屬材料制成。陰極保護系統的設計應確保控制任何電偶腐蝕及氫脆風險，見ISO12473。基礎結構，如單樁、導管架和漂浮結構，可在浸沒區進行涂層或部分涂層，陰極保護的設計應考慮到這一點。重力結構通常由鋼筋混凝土基礎構成，結構放置在海底，因此稱為重力結構，塔筒安裝在地基的頂6.3腐蝕防護策略海上風力發電機基礎結構選擇的策略非常重要，因為不同結構區域的保護級別（見圖2至圖4）會影響結構設計，其中結構設計中使用的S-N曲線的選擇要與結構使用壽命期間預期的環境相匹配。注：海上風電鋼制基礎受疲勞載荷作用，其設計壽命可能受到疲勞限制有三種可能的腐蝕緩解措施：腐蝕裕量、涂層和陰極保護陰極保護的作用是最大限度地減少腐蝕損失并減輕腐蝕對疲勞結構設計計算的影響。對于沒有陰極適用腐蝕裕量的典型區域如圖2至圖4所示。陰極保護通常與涂層結合設計。陰極保護不需要用涂層就能使用，也可以與涂層結合使用，如圖2至圖4所示。如果不使用涂層，則需要更高的電流來保護浸沒和潮濕區域的結構。ISO12944-9[5]為海上使用的涂層提供了指導和要求，并在附錄D中進行了進一步描述。在完全浸沒的區域，不能僅依靠涂層，因為在整個結構使用壽命內，可能會出現一些漸進的破壞。附錄D給出了與陰極保護結合使用時涂層擊穿系數的指南，應要求業主接受設計中使用的擊穿系數。如果陰極保護完全有效（滿足保護標準），則適用“海水保護”的S-N曲線。海上風電基礎的陰極保護可以通過犧牲陽極陰極保護系統或外加電流陰極保護系統或兩者的結合來提供。在選擇陰極保護系統時，應進行風險和后果評估，其中至少應包括以下方面的評估：——從基礎安裝到陰極保護系統開始工作的時間：——備用陰極保護系統的可靠性估計，在結構使用壽命內對每個基礎進行陰極保護性能評估、陰極保護系統維護和陰極保護系統維修或更換的預期次數；——非功能性陰極保護系統的資金成本、運營成本和結構性風險。GB/TXXXXX—XXXX/ISO圖2單樁、左側灌漿、右側螺栓連接過渡件（包括裙板）的防腐策略6——常濕區FWZ（高于HATGB/TXXXXX—XXXX/ISO圖3樁式導管架或吸力桶式導管架基礎的腐蝕防護策略GB/TXXXXX—XXXX/ISO6——常濕區FWZ（高于HAT圖4漂浮式基礎、左側漂浮式翼梁、右側漂浮式TLP的腐蝕防護策略GB/TXXXXX—XXXX/ISO6——常濕區FWZ（高于HATGB/TXXXXX—XXXX/ISO圖5鋼筋混凝土重力基礎的腐蝕防護策略5——常濕區FWZ（高于HAT7陰極保護標準7.1臨時保護為達到保護標準（見7.2和7.3），應在陰極保護施工和開始運行期間對圖2、圖3、圖4和圖5中詳述的水下區和海泥區表面提供臨時陰極保護（外加電流或犧牲陽極除非能夠證明在陰極保護之前造成的任何腐蝕不會損害結構完整性。一種策略可以在疲勞敏感區域進行涂覆，如焊縫和節點，以保護它們免受腐蝕，直到通電運行。如果在施加陰極保護之前單獨使用涂層，則有必要對可能的涂層損傷、分布和腐蝕進行評估。7.2鋼結構ISO12473詳細說明了海水中一系列金屬和合金所需結構的電位極限。注1：在本文件中，除非另有說明，所有電位在曝氣海水中保護碳錳鋼的公認標準是保護電位負于-0.80V（相對于Ag/AgCl/海水參比電極）。當使用純鋅電極（例如EN12496第2條中定義的Z2型合金）測量時，大約相當于+0.23V，或者使用由EN12496中定義的Z1、Z3或Z4型犧牲陽極合金制成的鋅電極測量時，大約相當于+0.25V。當不同的金屬和陽極接觸時，保護電位應足夠負，以控制其中較活潑金屬的電偶腐蝕。在實踐中，較活潑的金屬通常是碳鋼，其中保護電位?0.80V是最合適的。Ag/AgCl/海水參比電極對海水鹽度敏感。當不在3.5%海水鹽度中使用時，應采用修正系數。ISO12473:2017附錄C中給出了參比電極和修正系數之間的轉換說明。在厭氧以及存在微生物影響腐蝕（MIC）風險的環境中，鋼的保護電位宜比?0.90V（相對于Ag/AgCl/海水參比電極）更負，除非有其他標準。GB/TXXXXX—XXXX/ISO建議將Ag/AgCl/海水的負限值設置為?1.10V，以避免涂層剝離。對于最小屈服強度（SMYS）等于或低于550MPa（根據EN10025[17]的S355級）的傳統鋼材，在此負限值下不會增加開裂風險。受鋅或鋁犧牲陽極保護的結構不會超過此限值，見ISO12473。如果存在氫致應力開裂（HISC）和氫脆的可能性，陰極保護電位過負可能會對其產生不利影響，則應采用安全的、負電位較小的限值。如果給定材料沒有足夠的支撐文件，則應通過極化電位極限下的機械測試來確定相對于冶金和機械條件的特定負電位極限。這些潛在限制適用于所有陰極保護結構部件，包括緊固件。根據相關標準制造和制造的額定最小屈服強度達到550MPa的鐵素體和鐵素體-珠光體結構鋼已被證明與陰極保護系統兼容。然而實驗室測試表明，在極端屈服條件下易產生氫致應力開裂敏感。所有焊接應按照合格程序進行，合格的最大硬度在300HV10至350HV10范圍內時，應采取設計措施避免局部屈服。通常認為奧氏體不銹鋼和鎳基合金在固溶退火條件下不受氫致應力開裂的影響。類似地，按照適當程序進行焊接或熱成型不會產生氫致應力開裂敏感性。符合ISO3506-1[2]的美國鋼鐵協會（AISI）316不銹鋼螺栓，A4級，性能等級80及以下，即最小屈服強度640MPa以下，已證明對氫致應力開裂具有免疫力，負極限為-0.10V（相對Ag/AgCl/海水參比電極）。馬氏體碳鋼、低合金鋼和不銹鋼在實際屈服強度（YS）分別為約700MPa和硬度約350HV10的材料中，在低于-1.10V（相對于Ag/AgCl/海水參比電極）的電位下，可以在鋼中呈現氫致應力開裂。未回火馬氏體特別容易產生氫致應力開裂，對容易形成馬氏體的材料進行焊接后，應進行焊后熱處理，以降低熱影響區（HAZ）硬度和焊接殘余應力。硬度極限和設計措施建議與鐵素體鋼相同。經最小屈服強度熱處理至720MPa的馬氏體鋼中的螺栓，例如ASTMA193[21]B7級和ASTMA320[22]L7級已證明對氫致應力開裂具有免疫力，其負極限為-0.10V（相對Ag/AgCl/海水參比電極）。由于熱處理不充分而導致的故障時有發生，對于關鍵應用，應采用批量測試來驗證350HV10的最大硬度。鐵素體-奧氏體（雙相）不銹鋼可能容易受氫致應力開裂的影響，與最小屈服強度無關，通常為400MPa至550Mpa或額定最大硬度。焊接可能導致焊接金屬和熔合線附近熱影響區中氫致應力開裂敏感性增加。這與鐵素體含量的增加有關，與硬度無關。焊接評定應證明焊接金屬和內部熱影響區（約0.1mm寬）中的最大鐵素體含量可以有效控制。鐵素體含量通常規定為最大60%至70%。粗微觀結構更易受影響，因為氫致應力開裂優先在鐵氧體相中傳播。設計預防措施應包括避免局部塑性屈服的措施[26]。注2：沒有普遍認可的測試方法來驗證不同金屬材料的陰極保護兼容性。恒定拉伸速率試驗，也稱為慢應變速率試驗，適用于比較同類型材料的氫致應力開裂敏感性，例如馬氏體鋼的相對敏感性。為了進極保護條件下應用了具有恒定載荷的單軸加根據ISO12473的規定，對于最小屈服強度高于550MPa的鋼，應采用?0.83V至?0.95V（相對Ag/AgCl/海水參比電極）范圍內的負電位限值。如果ISO12473中沒有定義電位極限，則應通過在GB/TXXXXX—XXXX/ISO極化電位極限下測試材料/環境組合來確定相對于冶金和機械條件的特定負電位極限。這些潛在限制適用于所有陰極保護結構部件，包括緊固件。高強度鋼的潛在極限也可能適用于緊固件材料。根據上述保護標準，高強度鋼、耐腐蝕合金（不銹鋼和銅合金特別是高強度和高硬度材料可能會受到陰極保護的不利影響。ISO12473提供了參考文獻[53][28]和[26]同樣的指導。一般指導意見是，如果最小屈服強度≤550Mpa且硬度低于350HV10，則陰極保護在上述標準限值范圍內是安全的。但特定材料及其冶金條件下，在較低電位下可能對氫致應力開裂敏感。7.3鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構或混凝土中的鋼結構部件可能不需要陰極保護，見6.1。但是，如果它們的鋼筋與需要陰極保護的鋼結構部分電連接，則鋼筋將成為陰極保護系統的“排流管”。在這種情況下，陰極保護電流的提供應符合ISO12696“陰極保護”的規定。如果需要混凝土中鋼的陰極保護來保證結構或部件的耐久性，則應根據ISO12696進行設計。對于普通鋼筋，不允許鋼與電解質（混凝土）之間的電位負值超過-1.10V（相對于Ag/AgCl/0.5MKCl），不允許應力鋼負值超過-0.90V。ISO12696中詳細介紹了混凝土結構中鋼筋所需的電位限值。ISO12696還詳細介紹了用于鋼筋混凝土的適當參比電極。8陰極保護設計陰極保護系統的目的是為需要保護的結構和附件的每個部位提供足夠的電流，以滿足電位標準。陽極的分布應確保在整個陰極保護設計壽命內，使需要保護的每個部位的電位在標準規定的范圍內，見第設計目的可以通過使用外加電流、犧牲陽極或兩者聯合的陰極保護系統的設計來實現。8.2設計考慮因素8.2.1一般規定陰極保護系統可以與涂層系統結合使用，以減少所需的保護電流并使電流分布更均勻。ISO12944-9[5]規定了在ISO12944-2[4]中定義的腐蝕性等級CX（海上）和浸沒條件Im4中使用的海上和相關結構的防護涂料系統的性能要求。本文件引入了常濕區（FWZ）的概念，以區別水流速度、潮差和波高對陰極保護要求的全面影響。這一概念對海上風力發電機基礎結構非常重要。它是所需陰極保護設計計算的重要組成部分，見8.6和附錄B。由于潮汐變化和波浪作用，海上風力發電機基礎暴露在變化的海水速度下。此外，結構構件在流水中的位置也會導致其周圍的流速增加。GB/TXXXXX—XXXX/ISO就這些特征而言，由于每個海上風電場具有獨有地理位置，因此陰極保護設計應基于該特定地點特有的海洋氣象數據為基礎，見附錄B。陰極保護系統的設計應充分考慮環境條件，見8.6。在計算陰極保護電流需求時，應考慮到海底平面以下和完全保護區之上（包括常濕區域）的所有表面的電流消耗。在計算陰極保護電流需求時，還應考慮無法直接安裝陽極的結構（如錨和系泊鏈）的電流消耗。應評估并確保電流分布、衰減以及陰極保護系統向所有浸沒表面提供相對均勻電流密度的能力。通過對陰極保護系統進行數學建模，使用適當且經過驗證的輸入參數，來反映陰極保護全設計壽命條件下的電流和電位的分布。第15條，特別是第6.3條詳細說明了應考慮和記錄的設計所需輸入。陰極保護系統設計的每一步都應根據完整的設計計劃進行檢查，最終陰極保護設計應完整記錄在陰極保護設計報告中。質量管理體系和環境管理體系應與本文件結合使用。ISO9001[3]構成了合適可用的質量管理體系標準，ISO14001[6]為環境管理體系的選擇和使用提供了指導。陰極保護設計應接受質量管理和環境影響評估。對于螺栓連接的單樁/過渡件，過渡件裙板內表面和單樁外表面之間的環形空間（見圖2）可能會給陰極保護設計帶來特殊困難。環內的環境可能具有“外部”陰極保護和“內部”陰極保護的特征。陰極保護設計應記錄此類環的具體設計參數。腐蝕評估應考慮環內高于水位的任何區域。8.2.2外部陰極保護陰極保護應用于鋼結構外部浸沒或部分浸沒的表面。單樁和管狀樁導管架可涂覆、部分涂覆或裸露。在單樁結構的情況下，過渡件通常是有涂層的。犧牲陽極、外加電流陰極保護系統都可以保護海上風力發電機基礎結構免受腐蝕。對于采用犧牲陽極系統的單樁，應盡量減少基礎安裝和陰極保護保護開始運行之間的時間，或采用其他減緩腐蝕的措施。早期腐蝕可能會對結構完整性產生影響。對于外加電流陰極保護（ICCP）系統，陰極保護設計人員（見第5章）宜結合結構建造確定是否需要在基礎安裝和外加電流陰極保護系統開始運行期間內采用臨時陰極保護。還應考慮臨時或永久外加電流陰極保護系統發生電源中斷或間歇性故障的可能性。8.2.3內部陰極保護單樁經驗表明，當J型導管布置在單樁內部時，很難完全密封單樁的內部空間，應考慮水的氧化作用。即使完全密封，進入檢查時也會引入氧氣。如果陰極保護安裝在封閉空間中，結構設計中應考慮通風，以防止產生氣體聚集和爆炸性混合物的風險。所有陰極保護系統都會產生氫氣，鋁陽極比鋅陽極更易產生氫氣。外加電流輔助陽極在受保護的GB/TXXXXX—XXXX/ISO鋼材上會產生氯氣和氫氣，可能對封閉甲板正下方的“頂部空間”具有特別的腐蝕性。氫氣（與空氣中的氧氣）和氯氣（與氫氣）都可能存在燃燒的風險。由于已知的酸化問題[33][34]和氫氣的產生，在沒有補充水的封閉式單樁中不應使用鋁犧牲陽極，由于氯氣或氫氣產生的潛在安全隱患，不應使用外加電流陰極保護系統。鋅犧牲陽極可在采取防止氫氣聚集風險措施時使用。當在單樁中需通過開孔以確保含氧海水流動時，開孔的尺寸應足夠大，以防止被海洋生物或鈣質沉積物意外封閉。單樁內部水柱的補水程度宜根據水流確定。如果內部不采用陰極保護，應考慮使用保護涂層，并對內部環境和敏感部位的腐蝕速率進行固定監測，還應考慮代表性結構的水上和水下以及海底/沉積物水位以下部位。檢查程序應適當，以確保局部腐蝕在影響結構使用壽命之前被檢測到。內部陰極保護設計需要特別注意受限電解質體積內表面上電位的結構分布，見9.6和EN17243。建議對陰極保護系統進行數學建模（見附錄I）。導管架的浸沒艙室對于具有焊接和閥門密封的浸沒艙室的導管架腿，密封后沒有氧氣進入，氧氣將在完全消耗之前相對較短的時間內產生腐蝕。應考慮這一時期的腐蝕水平和程度以及腐蝕對結構完整性的影響。注：僅以氧氣的影響示例：對于直徑為2m、水柱為10m（溶解氧濃度為8ppm）、空氣為5m（氧氣濃度為20.9%）的垂直管，在可用氧氣完全耗盡之前，基于均勻腐蝕，預計壁厚將減少26μm。如果腐蝕主要發生在立柱的頂端1米處，則壁厚相應減少260μm。當導管架未密封的艙室被淹沒且不斷補充含氧海水時，需要進行陰極保護。與外部條件相比，由于海水流速降低，所需陰極保護電流密度降低。在這種情況下，安裝陽極的位置可能使得電位分布不均勻和衰減的可能性很大，這一點應予考慮，EN17243中提供了更多信息。8.3陰極保護設計壽命陰極保護的設計壽命通常由業主指定。由于風電場中海上風力發電機結構的無人化、多點、遠程，定期前往較為困難。通常情況下，陰極保護設計壽命為海上風力發電機結構的整個預期壽命。陰極保護系統的設計壽命應包括安裝期和海上風電場發電機的運行壽命。如果在陰極保護系統安裝和調試或通電（對于外加電流系統）之前沒有保護，則應在結構設計中考慮這一點。此外，還可以考慮退役階段的使用壽命。如果預計陰極保護系統的有效壽命短于結構（包括安裝和退役期）的有效壽命，則應在設計報告中加以解釋并記錄，見15.1，并在設計中增加更換或改裝規定（視情況而定）。8.4表面區域考慮因素8.4.1一般規定GB/TXXXXX—XXXX/ISO要計算陰極保護電流需求，首先確定需要保護結構的表面積。包括標準規定需要保護的區域和消耗電流的區域。受保護結構的設計圖紙應作為表面積計算的依據。陰極保護設計方案中應包括涂層范圍和類型（如有）以及相關附件的信息。在計算復雜結構部件的表面積時，可以采用一些簡化方法。但是，此類簡化應保守，以確保計算得出的當前需求不會被低估。如果所有浸沒部件的確切尺寸不確定，則應考慮額外的安全系數。8.4.2結構細分需要保護的結構應劃分為單獨的陰極保護區，盡管是電連接的，也可獨立考慮陰極保護設計。由于安裝深度特性而需要單獨考慮的不同區域，如圖2、圖3、圖4和圖5所示。附錄C給出了海泥區和不同海水流速的電流密度和數據的設計指導（見8.6）陰極保護設計方案應記錄表面積計算及不同區域的劃分。參考結構圖紙，應包括修訂版，并且所有影響陰極保護電流需求的因素均應包含在計算中。對于包括單樁基礎的樁式結構，應考慮所有陰極保護電流能到達的表面區域，無需考慮海泥區鋼樁腐蝕速率或腐蝕風險較低的評估。由于陰極保護電流將分布到所有表面，如果不在陰極保護設計中全部考慮，則整個陰極保護系統設計中會出現電流不足的情況。這適用于內部和外部陰極保護設計。海底/沖刷深度以下的涂層由設計人員（見第5條）決定。任何全部和局部沖刷都應納入陰極保護設計，浸沒區的表面積計算應包括海底標高加最大沖刷深度。在內部設置沖刷保護時，由于電解質受限，可能會影響電解質的電阻率，應考慮這一點。從外部來看，由于電解質的體積巨大，則不存在任何問題。漂浮式海上風電結構上的錨固系統應視為單獨的區域，并應具有獨立的陰極保護系統。8.5環境因素8.5.1一般規定本文件適用于位于各種成分的海水以及各種類型土壤中的所有海上風力發電機結構的浸沒和埋設部分。對于交替浸沒和暴露在大氣中的表面，陰極保護只有在浸沒時間足夠長、使鋼極化并保持極化時才有效。陰極保護對裸露（無涂層）鋼有效。還經常與保護涂層（涂料）聯合使用，可有效降低所需陰極保護電流需求并改善電流分布。結構的安裝部分和土壤之間的摩擦會損壞結構上的涂層。附錄D提供了可能適用的涂層破損系數的指導。由于結構元件與海底（例如吸力筒）之間需要摩擦，不能涂覆涂層。設計電流密度和總陰極保護電流需求取決于海水流速、海水溫度、侵蝕、溶解氧含量以及在裸金屬表面形成和維持保護性鈣質沉積物的能力。附錄C中給出了相關指導信息。GB/TXXXXX—XXXX/ISO以下列出的環境因素會影響陰極保護電流需求以及陰極保護系統提供該電流的能力，應當進行評估。這些影響對于確定海上風電基礎采用適當陰極保護具有重要意義。應計算由于陽極相互接近而引起的陽極電流輸出顯著減少的影響，見E.1.8。應計算從靠近陽極到距離陽極最遠點的電流和潛在衰減對鋼結構的影響，見附錄E。8.5.2海水流速初期極化和整個壽命期間維持極化的陰極保護電流密度需求隨海水流速顯著變化。圖6描述了從海底/沖刷平面垂直向上速度增加的情況，B.7描述了水平流速的影響。水平流速會在垂直管狀結構周圍加速，為了陰極保護設計的目的，應根據附錄B和圖6所示，對在不同深度的測定流速（見8.6.2）進行標記，以確定所需的適當陰極保護電流密度。8.5.3電解質電阻率電解質電阻率在犧牲陽極系統設計中的重要性在于它是計算陽極到遠端海水電阻的一個因素，從而影響陽極電流輸出，見附錄E。對于外加電流系統，在系統設計期間應考慮電阻率，以提供足夠的輸出電壓。然而，電解質電阻率也會影響陽極電流的分布，從而影響結構極化的程度。電阻率越高，極化距離越短。海水電阻率(ρ,單位：Ωm）取決于海水鹽度和溫度。如附錄E所示，在開放海水中，鹽度值在較小的范圍內保持合理的恒定。但是，在一些海上風電場位置，例如近岸區域（尤其是靠近河口和潮流顯著的區域）或受冰雪融化/季節性淡水進入影響的區域（例如波羅的海和里海），電阻率可能隨位置和時間發生很大變化。在某些條件下，不同深度處可能存在不同鹽度的分層，導致電阻率隨深度變化。陰極保護設計中應考慮這些所有因素。電阻率值應基于特定位置的實際數據，該數據應反映年度期間的平均值、變化以及隨深度的變化。設計中應使用一年中最冷月份（或由于溫度和淡水鹽度稀釋而造成的電阻率最高的月份）的平均溫度相對應的電阻率。在沒有測量海水電阻率的情況下，應使用當地鹽度和溫度測量值以及附錄E進行準確評估。如果陽極安裝在海底沉積物中，在沒有測量值的情況下，海底電阻率應由陰極保護設計人員確定或估計（見第5條）。如果沉積物電阻率沒有實際數據，設計時采用海水電阻率的5倍為默認值。8.5.4海水溫度溫度對海水電阻率（見8.5.3）以及溶解氧水平和鈣質沉積物形成有顯著影響。陰極保護設計中應考慮可預見的溫度范圍。提高水溫會降低氧溶解度，從而降低所需的陰極保護電流密度。但也會增加腐蝕速率并增加所需的陰極保護電流密度。因此，海水溫度對陰極保護設計的影響是復雜的，應詳細說明。附錄C提供了有關溫度對陰極保護設計參數影響的信息指南。GB/TXXXXX—XXXX/ISO降低溫度會增加鈣質沉積物的溶解度，并影響其形成速率和形態，從而降低ISO12473中所述沉積物的保護性。8.5.5鈣質沉積物結構表面的鈣質沉積物是陰極保護過程中陰極反應的結果，見ISO12473。當鈣質沉積物形成時，當前保護結構的要求就會降低。平均電流密度在很大程度上取決于海水中鋼的鈣質沉積物的性質。應考慮水流、懸浮淤泥、沙子、冰或冰流對鈣質沉積物穩定性的影響。鈣質沉積物的穩定性也會受到風暴的影響。附錄D和參考文獻[35]中給出了指導。8.6保護電流需求8.6.1一般規定結構中每個金屬部件的所需電流是其暴露于電解質的表面積和所選電流密度的乘積。在適當的情況下，可以通過增加涂層來減少需求。術語“電流密度”是指被保護結構的單位裸露面積的陰極保護電流。選定的電流密度是實現和維持被保護結構的極化所需的電流密度。電流密度應根據同一地點類似設施的經驗，根據全面測試，或根據測量的與電流密度有關的環境條件公開數據選擇，如附錄C。如果未準確評估以往項目的陰極保護性能，則應謹慎使用以往項目的“經過驗證的設計實踐”。評估應包括電位、固定電位（數據記錄）、電流或電流密度測量或檢查，以驗證設計在一年中任何時候、所有環境條件下完全符合陰極保護設計標準的有效性。電流需求計算應包括初期（或極化）、平均（或平均值）和末期（或復極化）電流密度，以及附錄C中給出的信息值。對于犧牲陽極，應根據初期和末期電流要求，根據陽極電阻計算來確定陽極數量和幾何形狀，見附錄E通常稱為維持電流的平均電流需求來確定犧牲陽極總質量的要求，即設計壽命所需的鑄造合金的凈質量。對于外加電流，陽極設計應根據初期和末期電流值的最大值計算電流需求，并加安全系數。建議最小系數為25%，見10.2.2。雖然涂層不是有效陰極保護所必需的，但通常與陰極保護聯合使用，以減少電流需求并改善電流分布/減少衰減，見附錄E。對于涂層體系，陰極保護設計應考慮隨著涂層失去其電阻有效性而隨時間增加的電流需求。在當前電流需求計算公式中用涂層破損系數來實現，見8.6.2。附錄D解釋了涂層破壞的過程，并建議了適用于海上風力發電機基礎結構的一系列涂層系統的涂層破損系數和破損率。8.6.2外表面所需電流計算設計應考慮結構外表面的浸濕頻率。GB/TXXXXX—XXXX/ISO對于海底下方打入的樁、吸力筒或錨，陰極保護設計應該考慮全部外表面積，見8.4。表C.4提供了關于部件作為陰極保護或作為陰極保護系統“排流管”的設計指南。陰極保護所需電流計算也應包含所有的陽極支撐結構。為考慮海水流速的影響，應使用海洋氣象數據得出的穿過水深的標記海水流速剖面。推薦方法見附錄B。上水位應為50%非超標水位下的常濕區，FWZ50%。為了考慮海水流速的影響，應使用海洋氣象數據來推導出水深范圍內的標記海水流速剖面。推薦的方法論在附錄B中描述。上層水位應設置為50%未超越水平的頻繁濕潤區域，即FWZ50%。電流需求應根據包含從常濕區（FWZ）至鋼樁或吸力筒底部在內的表面積來計算。結構至少應分為以下區域：a）FWZ50%至FWZ5%b）FWZ5%至海底/沖刷區c）海底/沖刷區至樁趾/吸力筒高度應計算初期、平均和末期（復極化）的電流需求。總電流需求應計算每個區域的電流需求之和，這些區域定義從FWZ50%到趾部高度。所需的總電流Itotal應按公式（1）計算：I總=I區域(FWZ50%至FWZ5%)+I區域(FWZ5%至海底-沖刷深度)+I區域(海底-沖刷深度至趾部高度)（1）即各個區域的總和。FWZ5%至海底/沖刷區應細分為最大深度10m的區域，以考慮標記海水流速的變化，見圖6。如果標記的流速曲線具有合理性，可以調整10米增量，例如在曲線非常陡峭的情況下，可以使用更大的增量。FWZ5%至海底/沖刷區的電流按式（2）計算：I區域=j區域·A區域其中I區域電流，單位AJ區域電流密度，單位A/m2A區域區域表面積，單位m2fc涂層破損系數，無涂層裸鋼部件，fc=1應計算結構鋼基礎的初期、平均和末期（復極化）的電流密度：—海底/沖刷區下方：例如，按照C.4中的指導。—海底/沖刷區上方：應使用如C.2所示的海水流速曲線圖確定上述各區域的電流密度，以區域垂直中心標記的海水流速作為基準。GB/TXXXXX—XXXX/ISO圖6鋼結構面積和區域與海水流速的關系4——A，m；5——A1.，m；6——A2.m；7——Az.m；圖6左側顯示了y軸上結構各區域：趾部，海底/沖刷和常濕區域的高度(FWZ5%，FWZ50%和FWZ95%)。A代表各個區域的表面積，將結構細分為：——AFWZ(50%–5%)；——AFWZ(5%-FWZ5%以下最大10m)；——AFWZ(FWZ5%以下最大20m-FWZ5%以下最大10m)，直到海底或沖刷深度；——ABS適用于海底以下；GB/TXXXXX—XXXX/ISOX軸表示附錄B中詳細定義和推導的海水流速。海底/沖刷區上方，應使用X軸上所示的海水流速（UCP（FWZ50%–5%）、UCP1、UCP2等）來確定給定區域的電流密度，如C.2所示。UCP是用于計算的區域垂直中心。在海底下方，表面積可按C.4所示細分，并顯示相應的電流密度。鋼筋混凝土基礎的電流密度計算指南可見C.5。8.6.3內表面電流需求計算具有自由流動海水的內部艙間的表面積應延伸到最高的內部水位，對于自由流動的條件，應為HAT。單樁內部的水流取決于表面開口的大小、數量和位置以及單樁外部的海況。為了估算合適的電流密度，需要對結構內的海水流速進行詳細研究，同時研究環境因素、溶解氧濃度、pH值、鹽度等。關于不同溶解氧含量所需電流的指南可見附錄C。8.7電連續性基礎結構無論采用螺栓法蘭連接還是采用導管架焊接，結構的電連續性要滿足陽極到結構的電流負載。在單樁和過渡件灌漿的情況下，應在單樁和過渡件間建立電連續性，且在以下任一情況下也應建立——外部犧牲陽極焊接到過渡件上，——內部犧牲陽極連接到過渡件上，——外加電流系統使用陰極線或“匯流點”連接到過渡件，或全部。這些電連續性的設計應確保來自外部和內部陰極保護系統的全部電流可在單樁和過渡件之間傳輸，且連接點之間的電壓降不會對陰極保護系統性能產生不利影響。電連續性設計（橫截面、長度和接觸電阻）應滿足陰極保護和電氣安全和防雷接地的要求。建議在電連續性設計方面增加裕量，連續性連接的設計可基于按最大設計陰極保護電流通過時所有并聯連接上的總電壓降為10mV（見8.6)。犧牲陽極系統與本建議也相關，在這種情況下，陽極設計驅動電壓應相應降低（見外加電流陰極保護系統的第10條）。如果采用螺栓連接，則應采用適當的方法進行連接，以避免因振動而松動和因腐蝕而劣化。注：直接針式釬焊是一種適宜的低電阻連接方法，可確保電纜銅芯與單樁和過由于存在較多并聯點，例如連續接點和楔形結構等，使用交流或直流電阻測量方法測量的接觸電阻值不準確，因此應結合焊點的外觀完整性檢查進行測量，流經焊點的電流可使用高精度直流鉗形表測量。應對連接點的選材和腐蝕防護措施進行選擇，以使連接在陰極保護設計壽命內耐用、可靠且可維護，同時應注意，這些連接通常位于水面以上接收不到保護電流，但卻處于潮濕、含鹽和受潮汐影響的區域。計算所得的過渡件與單樁之間及陽極籠或陽極陣列與單樁之間電纜連接的電壓降的程度，這些細節應記錄在陰極保護設計方案中。該電壓降會降低犧牲陽極發生電流，在設計中為補救這一情況應作出規定。8.8電流消耗和相互作用GB/TXXXXX—XXXX/ISO電流可能被未完全納入保護范圍的結構或部分結構所消耗——電纜保護系統——電纜鎧裝——需要全面保護的基礎或結構的上下區域，以及 陰極保護設計中應記錄并考慮這些項目，并計算額外的表面積，應根據具體情況加上適當的額外電流需求。電流消耗取決于表面積和當地環境。若沒有其他附近結構的實際測量數據或經驗，附錄C中給出了一些參考電流密度。數值模型可以給出可能消耗的電流，見附錄I。注2：理論上，典型風電場開發中的所有結構將通過陣列電纜的鎧裝進行電氣互結構之間存在顯著的電流流動；鋼絲鎧裝的電阻和外部陽極的局部分布決定的結構之間的相互連接應當被認識到，并且從理論上講，可能會影響未來的新型基礎設計或陰極保護系統。8.9設計時安裝注意事項對于導管架結構，可在下水前在制造場安裝犧牲陽極和外加電流陰極保護陽極及其電纜和導管。數值模型（見附錄I）可用于預測電位分布以及陽極位置的最佳選擇。對于單樁或過渡件結構，由于打樁過程中的安裝限制，犧牲陽極和外加電流陰極保護陽極通常不會預先安裝在打入的單樁上。陽極固定在過渡件上，或單樁上的陽極套籠或海底的陽極陣列。打樁作業完成后，應將其與海上現場的單樁進行電氣連接。在這種情況下，電位的均勻分布更加困難。外加電流陰極保護系統和犧牲陽極系統都可能存在單樁表面的陽極分布不適當以及電流和電位的衰減。設計階段的數學建模可以優化整個結構的電流和電位分布，見附錄I，從而實現陽極的最佳放置并最大限度地減少極化不足或過度的風險。陰極保護設計應確保陽極和監控系統安裝在外部干擾或損壞可能性最小的位置，并在適當情況下便于更換。對于單樁/過渡件基礎結構的內部保護，陽極可懸掛在過渡件甲板或下部內部平臺上。并在單樁打入海底和過渡件安裝完成后進行。單樁和過渡件的安裝時間間隔可能很長，陽極與結構的連接與安裝同步或安裝后完成。應確認陰極保護系統未運行的時間段，并在結構設計中考慮其對結構完整性的影響。如果犧牲陽極作為“串”或垂直陣列懸掛，應特別注意陽極串的電阻、電壓降和衰減以及懸掛系統的耐久性，包括在水位以上使用的鋼絲繩。電纜芯尺寸選擇、連接電纜長度和低接觸電阻結構連接細節應詳細記錄在陰極保護設計報告第15條中。9犧牲陽極系統GB/TXXXXX—XXXX/ISO9.1一般規定犧牲陽極系統是通過在海水中電位比鋼更負的合金制造的陽極與鋼結構直接連接，從而提供鋼結構陰極保護所需的電流，犧牲陽極優先腐蝕產生電流，而無需任何額外的電源。犧牲陽極的發生電流取決于陽極的材料特性、陽極的形狀、鋼結構的極化程度及其運行的環境條件。因此，每個陽極都具有額定的電流輸出，可以在陰極保護系統設計中計算和使用。通過陽極周密的選擇和分布，可以實現該結構的陰極保護電流需求。正確設計的犧牲陽極系統應簡單、堅固、可靠、可自控。9.2陽極利用率在陰極保護設計中，犧牲陽極輸出電流的驅動電位被認為是鋼的極化電位與陽極合金的閉路電位之間的差值，該電位由陽極合金和陽極電流密度決定。當鋼結構開始從其末期電位極化時，驅動電位最初會更高，但隨著結構極化的增加，驅動電位會降低，陽極輸出電流（根據歐姆定律計算）會降低，從而實現系統自我調節。當陽極被犧牲消耗時，其尺寸會減小，從而增加了對遠端海水的電阻，從而降低了輸出電流。犧牲陽極的可用壽命取決于其整個生命周期的總輸出電流（電荷）、末期質量、利用系數（并非100%的陽極質量都可用于反應）、電容量。附錄E詳細說明了陽極對遠距離接地（海水）電阻的計算過程，并描述了陽極利用系數。附錄E描述了陽極壽命的計算過程，或在陰極保護設計壽命內提供所需總電流需要的陽極合金質量。9.3犧牲陽極合金鋁合金和鋅合金是開放海水中最常用的犧牲陽極材料。為海洋應用開發的鋁基犧牲陽極合金經過專門配制，可在pH值為弱堿、高鹽度和高含氧量的海水中使用。在某些區域，海水和海泥條件可能超出上述預定義范圍，在這些情況下，不應使用鋁陽極。除非另有說明，鋁陽極不應在電解質電阻率超過2Ω·m的條件下使用。在某些情況下，例如單樁內部，當新鮮含氧海水不能自由補充時，研究發現，由于鋁與海水的反應，封閉隔間中水的pH值會顯著降低，這顯著影響了合金的效率和陰極保護的功效，見參考文獻[33]和[34]。某些鋁合金的性能也會因埋在海泥中而受到不利影響，特別是在電流輸出保持較低的情況下，見ISO15589-2[8]。鋅基陽極可用于海上結構，但其較高的密度會導致較高的陰極保護系統質量。鋅陽極可用于淡海水和淡水中。鋅在未補充的海水中不會引起明顯的酸化，在含氧水補給不確定的情況下，可用于結構的內部陰極保護。由于氫氣產生過多，鎂陽極不得用于含有海水的內部空間。注：在港口和碼頭相對安靜的水域進行的一些研究表明，鋅陽極溶解會引起環境問題，見ZincinEstuaries。GB/TXXXXX—XXXX/ISOEN12496描述了犧牲陽極及其在海水中的電化學性能。如果正確記錄了包括相關陽極工作溫度和實際使用的陽極成分的這些數據，則犧牲陽極的閉路電位和電容量的可以使用EN12496中所述數據。然而，由于不同的操作條件，在考慮特定條件下（以及特定有限時間范圍內）測試的合金時，應謹慎行事。適用于保護大多數低碳錳結構鋼的商用鋁犧牲陽極是EN12496中的A2合金，如果需要鋅合金，EN12496中的Z1合金是適合的。對于對氫脆敏感的鋼和耐腐蝕合金，ISO12473中給出了其他建議，如果沒有采用其他潛在的限制措施，EN12496中的A4合金可能是合適的選擇。9.4陽極選擇陽極（無論是鋁還是鋅）的形狀決定了其對遠端接地（海水）的電阻和選定驅動電位的電流輸出。大多數用于海上風電場基礎外部和內部陰極保護的犧牲陽極都是梯形橫截面，并且長度比截面尺寸大很多。長度是陽極發生電流的主要決定因素，合金的質量決定陽極壽命。陽極可以是支架式，也可以是平貼式安裝在結構上。細長的支架式陽極通常具有更高的陽極利用率。平貼式陽極通常較短，其電阻增加，陽極利用率較低。如果單個陰極保護區域的所有陽極尺寸相同則更合適，例如單樁結構上的外部陽極或單樁結構內部的陽極。不同尺寸和類型的陽極混用是不合適的，因為不同的陽極在整個陰極保護系統生命周期內消耗速率不同。當在單個陰極保護區不可避免地要使用不同尺寸和形狀的陽極時，應考慮所有陽極的有效電荷（電流容量）。EN12495[18]和DNVGL-RP-B401[23]有進一步的詳細說明。在任何情況下選擇陽極形狀時，都應適當考慮陰極保護設計和布置需求，以實現在受保護結構上的均勻電位分布。直接安裝在結構上的外部陽極會產生來自陽極的流體阻力和循環應力，從而影響結構設計。陽極的位置也可以根據需要來決定，以避免妨礙后續的操作。用于外部的陽極，暴露的陽極鐵芯通常焊接到陽極套籠或底座的結構、過渡件或框架上。因此，鐵芯材料應為可焊接的鋼材。平貼陽極可通過螺栓固定在支撐結構上，尤其是需要更換的情況下，也可見8.3。用于單樁或導管架內部的陽極通常比用于外部的陽極尺寸要小。如果使用內部陽極，由于涉及到通道和搬運問題，可能會有尺寸限制。懸掛在單樁結構內部的陽極應具有吊耳、暴露的鐵芯也應具有完整的電纜連接點。陽極鐵芯應符合EN12496中規定的要求。鋁陽極的鐵芯應進行噴砂處理，表面光潔度至少符合ISO8501-1的Sa2?級。這種光潔度應一直保持到鑄造時，不允許在鑄造前出現任何表面污染。鋅陽極的鐵芯可以與鋁陽極相同處理，也可以按照ISO1461[1]進行熱浸鍍鋅。在鑄造之前，不允許出現任何明顯的污染。電鍍鋅涂層不適用于陽極鐵芯，鐵芯噴砂表面的最小表面粗糙度為75微米，不允許使用鋼丸或冷鐵丸進行噴砂。GB/TXXXXX—XXXX/ISO陽極制造的檢驗標準詳見EN12496和DNVGL-RP-B401[23]。然而，這些是基于單一結構相對較大噸位的采購，這在海上石油和天然氣行業很常見。陽極的檢驗標準、物理和電化學測試的頻率和類型，應根據海上項目及其單個基礎結構的總體陽極要求加以考慮，并應構成陽極供應要求和文件的一部分。9.5陽極要求為滿足陰極保護設計，應通過所選擇的陽極類型和合理分布的安裝數量使所需電流（見8.6.2）始終得到滿足。所需電流包括末期極化所需的電流，以及在陰極保護設計壽命期間任何增加的復極化所需的電流，當達到充分利用時，陽極應能夠在其使用壽命結束時滿足復極化的要求。這通常被稱為“末期”電流需求，它是在陽極設計壽命結束時提供的電流，而不一定是結構使用壽命結束時的電流。附錄E中給出了關于特定形狀、尺寸的陽極的發生電流計算方法的指導。陽極的壽命將取決于其質量、發生電流、利用系數和合金的電容量，詳見附錄E。根據附錄E中給出的公式，由平均電流需求計算出在整個陰極保護設計壽命期間運行所需的合金質量。所需的合金質量可以根據整個結構或每個單獨構件或每個表面區域來確定所選類型所需的陽極數量（N）可由公式（3）至（5）計算：N≥W總/W陽極（3）N≥I總(初期)/I陽極(初期)（4）N≥I總(末期)/I陽極(末期)其中m總所需的犧牲陽極材料的最小總凈質量，單位為千克（kg）m陽極單個犧牲陽極材料的凈質量，單位為千克（kg）I總(初期)初期所需的總電流，單位為安培（A）I陽極(初期)單個犧牲陽極材料的初期發生電流，單位為安培（A）I總(末期)末期所需的總電流，單位為安培（A）I陽極(末期)單個犧牲陽極材料的末期發生電流，單位：安培（A）合格的陰極保護設計應滿足以上全部三個準則。對于涂層良好的結構，末期或維持期電流需求可能是設計控制因素。9.6陽極分布安裝在導管架的犧牲陽極通常焊接在結構上，并應合理分布，以提供足夠均勻的電流分布和相應的均勻防護，使所有受保護的表面都符合陰極保護標準。陽極分布對犧牲陽極陰極保護系統的成功設計至關重要，應完整記錄在陰極保護設計方案中，見第15章。所有單個陽極的位置應標注在施工圖和竣工圖上。GB/TXXXXX—XXXX/ISO犧牲陽極通常不預先安裝在單樁上，而是安裝在過渡件上、后安裝在單樁或海底的套籠上。如果有必要將陽極組合在一起，可在過渡件上，及在單樁上的一個或多個套籠上，也可在海底的基座上，使電流均勻分布到結構上。根據水深以及是否是涂層與陰極保護的聯合使用，可能需要在不同的高度安裝陽極，以便使所有受保護的表面達到陰極保護標準。如果結構上的陽極分布不均勻，則應評估陽極之間相互干擾引起的陽極發生電流的減少。在設計計算中，可使用數學建模技術來考慮相互干擾的影響。如果使用建模來計算陽極相互干擾引起的陽極發生電流的減少，則應由建模專家進行。然而，輸入參數特別是陽極和陰極極化曲線，應由陰極保護設計人員根據第5條進行選擇。在海水（電解質）中發生電流的計算是基于陽極對遠端電阻的計算。發生電流由于以下部位靠近而減小：——陽極到陽極；——陽極到結構；——陽極到海水/空氣界面，以及——陽極到海底。建議將陽極放置在?1mLAT以下，使其始終處于浸沒狀態。關于靠近海水表面時發生電流的減少，見參考文獻[37]。即使陽極低于?1mLAT，這些影響也是顯著的，建議評估這些影響并在設計中予以考慮。陽極應布置在盡量減少其受到機械損壞的位置，例如不要靠近船只著陸點。對于用于操作或維護的物品，如電纜、系繩或臍帶纜，陽極不應存在被鉤住的風險。當陽極連接到中間結構，如安裝在基礎結構上或遠離基礎結構的陽極套籠或底座時，應通過電纜確保電連接。電纜從陽極支撐結構到基礎結構的連接可以通過特定的連接點來實現。安裝前可將電纜預安裝在陽極組件上，只需要制作基礎結構連接附錄當電纜用于陽極連接時，這些電纜可能比跨接電纜長，見8.7，并且應適當考慮電纜尺寸和電纜壓降，見附錄F。電纜連接點易因海流引起的移動受損，應適當考慮兩端電纜連接的安全性。建議使用中間連接板和彎曲限制器或電纜夾具。8.9中描述了其他常規安裝要求。EN17243提供了管道內表面電位分布信息。安裝在浸水單樁內部的陽極需要符合特定的設計要求。如果安裝陽極“串”，則應計算并記錄沿串的電流衰減；第11條規定，通常需要將陽極與絕緣護套銅芯電纜連接，將其連接到過渡件或單樁。單樁及其內的水柱形成一個有限的電解質體積，陽極在該體積內將電流輸送到單樁表面；海水中的垂直電壓降不可忽略，并且在海底以下明顯更大。陽極到陽極和陽極到陰極（鋼）的間距應較小，這將降低陽極發生電流。建議對布置進行數學建模。10外加電流系統GB/TXXXXX—XXXX/ISO10.1一般規定外加電流系統通過將結構連接到可控直流電源的負極，并將電源的正極連接到浸入或埋在與結構相同的電解質中的一個或多個外加電流陽極，提供鋼結構陰極保護所需的直流電流。控制由電源提供的直流電流輸出，以在結構的整個鋼表面獲得并保持足夠的保護電位水平，應確定陽極的電流、數量和位置以及參比電極數量和位置，以便達到保護電位標準，并在預期的陰極保護使用壽命內，保持結構的整個表面獲得“完全”陰極保護，區域見圖2、圖3、圖4和圖5。通常，外加電流系統陽極的尺寸和質量比犧牲陽極小，而由于控制電源的驅動電壓通常在0V到24VDC范圍內，因此能夠提供大電流輸出控制。外加電流系統需要電源和相關電纜才能運行，并且需要進行調整以確保極化極限在要求范圍內。同時需要使用參比電極進行自動電位控制，以測量并保持在標準范圍內，包括鋼對電解質（海水）的最大負電位和最小負電位。如果斷電、連接電纜或參比電極損壞，或兩者兼而有之，將無法工作。海上風電場多無人值守，這使得運營和維護困難且昂貴。在電源故障、保險絲或斷路器跳閘、參比電極故障、電氣或軟件系統故障以及陽極或電纜故障的情況下，會導致陰極保護失效的風險。此外，由于雷電事件，陽極通過電源作為接地系統的一部分，也存在系統故障的風險。外加電流陰極保護系統可靠性的主要特點是：——數據基礎設施能確保所有者獲得持續的性能數據，并能夠及時響應；——所有者及時操作、維護和維修的組織能力和投入；——前期操作和維護手冊、故障響應計劃；操作和維護手冊應包括如何維修、何時維修的說明。外加電流陰極保護系統的設計非常復雜。見第14章，應為每個外加電流系統提供運維手冊。電纜故障在某種程度上是可以預見的，設計應考慮到這一點。在結構內部布線是可能降低電纜故障風險的一種方式。應仔細評估電子元件的平均故障間隔時間（MTBF），并建議在安裝時制定更換程序。外加電流系統在封閉空間內應用將產生氫氣和氯氣（腐蝕性和爆炸性），見。當使用外加電流陰極保護時，應采取預防措施，避免出現腐蝕性或爆炸性情況。氯氣和氫氣的安全通風是必要的。這些氣體具有潛在的爆炸風險，氯氣會帶來腐蝕和人員傷害。應評估、記錄和減輕水位以上加速腐蝕的風險，特別是對“密閉”甲板、梯子、下部工作平臺和支撐梁的腐蝕風險。10.2設計要素10.2.1一般規定對于大型風電場來說，基礎結構的安裝需要時間，通常在基礎安裝后6個月或更長時間內，塔筒、機艙和機翼/葉片才安裝完畢并并網，該時間內無電力供應。在通電之前應提供臨時防腐措施，例如使用：GB/TXXXXX—XXXX/ISO——可以使用其他電力，例如太陽能電池板、柴油發電機或類似設備。設計計算及材料、安裝、調試和操作規范應完整記錄在設計方案中，見第15章。10.2.2外加電流陰極保護系統的快速恢復能力設計為了提供一定程度的快速恢復能力并提高外加電流陰極保護系統的可靠性，設計人員（見第5條）應考慮是否應在每個基礎上安裝和運行多個電源。對于無涂層結構在末期極化之后，電源通常在<50%的額定電流下運行就達到預期的維持電流需求。如果兩臺機組并行運行，其中一個發生故障，至少在非風暴條件下，通過適當的設計，則在只有一個機組運行的情況下，也能夠達到陰極保護標準要求。為維修或更換故障的直流電源提供了時間。同樣，設計人員應考慮并記錄每個直流電源是否應安裝兩個以上的參比電極，以便在其中一個發生故障時，可以遠程或就地選擇另一個，以控制最小或最大的保護條件。此外，如果所有參比電極都發生故障，直流電源則可以在恒流或恒壓模式下運行。即使所有參比電極發生故障，直流電源輸出電流也不會為零或最大，應自動或通過遠程控制設置適當的恒定值，以保持極化并防止過度極化，這雖不能實現最佳性能，但陰極保護系統會在失效到更換參比電極的時間內維持一定程度上的運行。如果外加電流陰極保護系統處于恒電位模式，建議對整流系統中的電壓和電流進行限制，以避免過保護。由于外加電流陰極保護系統的運行和維護需求，應向中央監控室實時提供運行和性能數據，一般在陸地上并與風機中央監控室相連。這將為超出最佳性能時警報。操作程序、人員要求以及必要時所尋求的專家意見，應形成文件在陰極保護設計要求符合保護電位的情況下，可考慮將固定參比電極放置在海底下方。根據本標準設計的陽極系統應能夠提供初期極化所需的高電流密度，因此在正常工作條件下，當維持電流密度足以維持結構的極化時，通常可以接受陽極輸出電流的一些損耗。陰極保護方案和陽極分布應進行評估，以提供初期電流密度或極化電流密度，并確保結構的最遠區域也能完全極化到設計標準。要使整個結構達到設計電位，對于裸露結構預計在陰極保護系統開始工作的2至3個月內，對于涂層良好的結構，需要2到3周。對于裸結構，在近似穩定和穩定電流密度下，完全極化可能需要長達12個月，對于涂層良好的結構，可能需要長達3個月。平均或維持電流密度，通常小于初期電流密度或極化電流密度的50%，通過這種“備用”容量提供快速恢復能力。陰極保護設計人員（見第5章）應記錄參比電極和陽極是否可以在水下由潛水員或ROV更換。10.2.3外加電流陰極保護系統的電流要求陰極保護的最大保護電流需求（I最大）應根據8.6的公式進行計算。陰極保護系統應設計有安全系數，以便能夠提供電流I總，比計算出的最大保護電流需求I最大至少高出25%，具體取決于結構的幾何形狀和涂層。可以根據8.9中推薦的數值模型來增加該系數。單樁過渡件上僅有陽極的陰極保護系統可能需要超過1.25的系數，并且應進行建模以獲得最佳評估，如公式（6）所示：GB/TXXXXX—XXXX/ISOI總≥1.25I最大（6）10.2.4外加電流陰極保護系統組件——外加電流系統的組件應包括，——陽極，——參比電極，——陽極屏蔽層，如果陽極和鋼結構之間不能保持足夠的距離，——陽極電纜、陰極電纜及其連接，見第11條，——以及密封圈，電纜貫穿水密部位所需要的。10.2.5直流電源直流電源通常是將交流輸入轉換為直流輸出的變壓整流器（TR）。也可以使用高頻開關、太陽能、風能等替代電源，但它們應具備在整個陰極保護設計壽命內連續提供直流電壓和電流的能力，應在陰極保護設計方案中進行評估和記錄。然而，集成數據記錄和遠程監測與控制帶來的額外復雜性直流電源輸出電壓的計算應考慮電路（電纜、陽極和陰極）的電阻、海水中的歐姆電壓降以及工作條件下陽極和陰極界面產生的電動勢（通常為2V）以及陽極的推薦工作電壓，見附錄